復(fù)享光學(xué) AR-Meta 首次實(shí)現(xiàn)超構(gòu)透鏡全面光學(xué)量測(cè)分析

近日，上海市科委“優(yōu)秀技術(shù)帶頭人”計(jì)劃的多個(gè)項(xiàng)目完成專家評(píng)審。該計(jì)劃旨在選拔和培養(yǎng)一批進(jìn)入世界科技前沿的學(xué)術(shù)帶頭人和引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的技術(shù)帶頭人，促進(jìn)其建設(shè)高水平科研梯隊(duì)和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，加快建設(shè)具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心。其中，由復(fù)享光學(xué)承擔(dān)的“超透鏡檢測(cè)分析設(shè)備的研制”項(xiàng)目通過(guò)專家組評(píng)審，順利結(jié)項(xiàng)。

復(fù)旦大學(xué)資劍教授、石磊教授、香港城市大學(xué)蔡定平(Din-Ping Tsai)教授、中山大學(xué)董建文教授和哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)肖淑敏教授及其團(tuán)隊(duì)直接參與了設(shè)備的研發(fā)工作。該項(xiàng)目首次實(shí)現(xiàn)了超構(gòu)透鏡的全面量測(cè)分析，相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際知名光學(xué)期刊 Light: Science & Applications。

蔡定平教授是微納光子學(xué)領(lǐng)域的頂尖專家，是超構(gòu)透鏡的先行者和推動(dòng)者。他認(rèn)為，超構(gòu)透鏡是光學(xué)行業(yè)的突破性產(chǎn)品，將改變我們看世界的方式，具有重大的應(yīng)用前景。當(dāng)前正處于超構(gòu)透鏡量產(chǎn)的關(guān)鍵時(shí)期，誕生于單透鏡檢測(cè)的傳統(tǒng)技術(shù)已無(wú)法適用于晶圓級(jí)超構(gòu)透鏡檢測(cè)需求。該項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)的“干涉成像相位測(cè)量技術(shù)”有望成為未來(lái)晶圓級(jí)超構(gòu)透鏡檢測(cè)的首選方案。

相位：超構(gòu)透鏡的本質(zhì)

透鏡在生活中扮演著舉足輕重的角色，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、相機(jī)、眼鏡、顯微鏡、投影儀等設(shè)備。隨著智能時(shí)代的到來(lái)，無(wú)人機(jī)、VR/AR虛擬實(shí)境等設(shè)備中也需要用到光學(xué)模組，對(duì)透鏡的體積、功能、光學(xué)參數(shù)、成像質(zhì)量提出了更高的要求。

超構(gòu)透鏡(Metalens)是隨著微納制程工藝的進(jìn)步和超構(gòu)表面的研究發(fā)展而誕生的一種新型透鏡，突破了原有材料的物理極限。它由微米或納米結(jié)構(gòu)單元有效排列組成，具有平面化、小型化、集成化等優(yōu)勢(shì)，被視為下一代光學(xué)模組的核心元件。

晶圓級(jí)超構(gòu)透鏡

圖片來(lái)源：Metalenz官網(wǎng)；Light: Science & Applications 2020, 9 (1), 55.

超構(gòu)透鏡的工作原理是調(diào)控光波的相位分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光波波前的操縱。

然而，由于材料和加工工藝的限制，超構(gòu)透鏡實(shí)際調(diào)控的相位分布與設(shè)計(jì)的相位分布二者之間存在的差異將影響其光學(xué)性能。因此，對(duì)實(shí)際調(diào)控的相位分布進(jìn)行全方位的表征和分析至關(guān)重要。

任何光學(xué)元件的工作原理都是對(duì)波前相位的調(diào)控

圖片來(lái)源：Light: Science & Applications 2021, 10 (1), 52-63.

AR-Meta 超構(gòu)透鏡光學(xué)檢測(cè)的智能化平臺(tái)

2019年，復(fù)享光學(xué)從超構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)原理出發(fā)，對(duì)其光學(xué)檢測(cè)過(guò)程開(kāi)展系統(tǒng)性的分析，在“上海市優(yōu)秀技術(shù)帶頭人”項(xiàng)目的支持下，面向超構(gòu)透鏡、超構(gòu)表面、微透鏡陣列、DOE等新型微納器件的光學(xué)檢測(cè)，開(kāi)發(fā)了第一代AR-Meta光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，并成功推向市場(chǎng)。

經(jīng)過(guò)四年的技術(shù)迭代，AR-Meta實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維光場(chǎng)和相位分布全方位的光學(xué)檢測(cè)，并已形成面向前沿科學(xué)研究和晶圓級(jí)檢測(cè)的系列產(chǎn)品，構(gòu)建了“超構(gòu)透鏡光學(xué)檢測(cè)的智能化平臺(tái)”。這將促進(jìn)形成標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)規(guī)范，為優(yōu)化超構(gòu)透鏡的設(shè)計(jì)、加工工藝提供關(guān)鍵支撐。

AR-Meta應(yīng)用領(lǐng)域

AR-Meta 助力微納光子學(xué)的科研創(chuàng)新

在全球微納光子學(xué)領(lǐng)域，AR-Meta超構(gòu)透鏡光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)已服務(wù)中科院、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、西湖大學(xué)、香港城市大學(xué)、韓國(guó)光云大學(xué)等相關(guān)課題組，研究成果已發(fā)表于多個(gè)高水平學(xué)術(shù)期刊。

AR-Meta能夠定量、可視化地表征超構(gòu)透鏡在空間上的多維光場(chǎng)調(diào)控能力。它采用了寬波段色差校正、消像差等光學(xué)設(shè)計(jì)，可在微米尺度實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)-近紅外透反射光譜成像，便捷地獲取焦距、波相差、澤尼克像差、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)(PSF)、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)、斯特列爾率、數(shù)值孔徑等關(guān)鍵性能指標(biāo)參數(shù)。

AR-Meta表征超構(gòu)表面的光場(chǎng)分布

圖片來(lái)源：韓國(guó)光云大學(xué) Sang-Shin Lee 教授等 Advanced Optical Materials 2019, 7 (9), 1801337-1801346. 

AR-Meta表征超構(gòu)透鏡的相位分布

圖片來(lái)源：Light: Science & Applications 2021, 10 (1), 52-63.

第一代AR-Meta產(chǎn)品交付

圖片來(lái)源：中科院西安光機(jī)所，2019.8.30

AR-Meta 賦能晶圓級(jí)制造與檢測(cè)

近年，AR-Meta持續(xù)深入產(chǎn)業(yè)，不斷提升技術(shù)成熟度、拓展檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景，已服務(wù)于多家光子芯片、AR/VR等領(lǐng)域的先鋒企業(yè)。

復(fù)享光學(xué)相信，光場(chǎng)和相位檢測(cè)技術(shù)能夠?yàn)槌瑯?gòu)透鏡的設(shè)計(jì)改進(jìn)、加工工藝優(yōu)化、缺陷控制、高通量檢測(cè)、品控保障等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供幫助，持續(xù)提高加工精度、提升產(chǎn)品良率，并最終促進(jìn)超構(gòu)透鏡產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

超構(gòu)透鏡的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

迄今為止，超構(gòu)透鏡技術(shù)所取得的進(jìn)展表明，它在光學(xué)、成像和顯示系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展方面具有廣闊的應(yīng)用前景。并且，超構(gòu)透鏡可以在與計(jì)算機(jī)芯片相同的制造廠中制造，有望在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)模性量產(chǎn)。超構(gòu)透鏡及其光學(xué)模組將為光通信、安防、智能駕駛、消費(fèi)電子、醫(yī)療、科學(xué)儀器、傳感等領(lǐng)域帶來(lái)顛覆性的改變，而AR-Meta將成為超構(gòu)透鏡研發(fā)和制造過(guò)程中的配套保障，在光學(xué)量檢測(cè)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

圖片來(lái)源：https://news.harvard.edu/gazette/story/2018/01/ground-breaking-lens-focuses-entire-spectrum-of-light-to-single-point/ ；Science 2016, 352 (6290), 1190-1194.

關(guān)于復(fù)享光學(xué)

復(fù)享光學(xué)是深度光譜技術(shù)的創(chuàng)導(dǎo)者，歷時(shí)十年，深耕微納光電子領(lǐng)域，發(fā)展智能化全光譜技術(shù)，著力于光子學(xué)與人工智能的融合，形成了國(guó)際領(lǐng)先的深度光譜技術(shù)平臺(tái)，向市場(chǎng)提供從技術(shù)到產(chǎn)品，從模塊到系統(tǒng)的全面解決方案。

通過(guò)成立對(duì)接產(chǎn)業(yè)需求的“上海微納制程智能檢測(cè)工程技術(shù)研究中心”，并與復(fù)旦大學(xué)共建致力于研究微納制造前沿共性關(guān)鍵技術(shù)的“復(fù)旦大學(xué)光檢測(cè)與光集成校企聯(lián)合研究中心”，復(fù)享光學(xué)形成了多層次的研發(fā)平臺(tái)，以深度響應(yīng)市場(chǎng)需求，持續(xù)推出突破性的產(chǎn)品。

復(fù)享光學(xué)已擁有國(guó)內(nèi)外超3000家優(yōu)質(zhì)客戶，并與超170家半導(dǎo)體、高端材料、生物醫(yī)藥企業(yè)形成交流與合作，與客戶一起，致力于實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，推動(dòng)微納制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]  Science2011, 334 (6054), 333-337.

[2]  Science2016, 352 (6290), 1190-1194.

[3]  Advanced Optical Materials2019, 7 (9), 1801337-1801346.

[4]  Light: Science & Applications2021, 10 (1), 52-63.

[5]  Chemical Reviews2022, 122 (19), 15356-15413.

[6]  Nature Nanotechnology2018, 13 (3), 227-232.

[7]  Light: Science & Applications2018, 7 (1), 85.

[8]  Light: Science & Applications2020, 9 (1), 55.